Flugzeiten, was ist machbar

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macrifice

Erfahrener Benutzer
#1
Hallo,

ich hab mir einen Hexa gebaut und möchte noch herausfinden, mit welchem Setup das Optimum für die Flugzeiten erreicht werden kann bzw wo die Limits praktisch liegen. Erst mal die Copter Beschreibung:

  • Quadframe Rahmen mit 370mm Rohren, Motorabstand 80cm
  • Quadframe 310mm Landegestell
  • Naza M V2 mit GPS
  • 12x4.5 Carbonprops
  • DJI 30A Opto ESCs
  • iPower IBM 2814 HQ 750kv Motoren (370W)

Gewicht aktuell mit 2x3S 4500mah etwa 3100g. Flugzeit ca 11 Minuten. Ein paar Kleinigkeiten werde ich mittelfristig noch an Gewicht reduzieren (Landegestell und Centerplates sollen aus Carbon nachgefertigt werden). Dafür kommt aber ein Brushless Gimbal mit Kamera drauf (vermutlich GoPro für Video und kleinere DSLR für Fotos). Damit rechne ich im Endeffekt mit einem Gewicht von ca 3.1kg mit GoPro und 3.8-4.0kg mit DSLR.

Die Flugweise mit dem Gerät wird generell nur moderat sein. Viel schweben, wenig Streckenflüge, keine wilden Aktionen oder Raserei. :)

Gesamtschub an 3S sollte aktuell bei etwa 6.5kg liegen. Hab leider wenig an Daten über die Motoren, aber es sieht so aus, als wenn die ziemlich ähnlich zu den X85 vom Stein sind. An 4S komme ich auf sicher maximal 9kg.

Platz ist auf dem Rahmen m.E. maximal für 13Zoll Props.

Wie gehe ich nun vor am besten um mehr Flugzeit zu bekommen?

Mir ist nicht wichtig, wie effizient geflogen wird, daher wäre auch die Verwendung von 4 Akkus parallel eine Option. Mein erster Schritt würde bis jetzt sein, weg von den 4500er 3S und hin zu stärkeren 3S (4x 5000er, oder 4x 6000er, oder 3x 8000er irgendwie sowas).

Alternative wäre 4S an entweder den gleichen Props oder an 11 Zoll.

Was ich mich generell frage ist, wie ist das Verhältnis zwischen mehr Akkugewicht gegen Flugzeit. Wenn ich mit zb 2 4500er 3S 10 Minuten hinbekomme, macht es Sinn über 4 5000er 3S nachzudenken? Oder nimmt das Mehrgewicht die Leistung komplett wieder weg oder noch mehr?

Wenn ich zb vergleiche mein aktuelles 2x 3S 4500 Setup, da komme ich auf 9000mah mit etwa 800g Akkugewicht gegen eins mit 3x 8000er 3S, also 24000mah mit etwa 1900g. Schlucken die 1100gr mehr die zusätzlichen 15000mah?

Wie macht Ihr sowas? Ich hab schon einiges dazu gelesen, aber mir scheint, die Alternative generell ist meist ein größerer Rahmen und 15 Zoll Schrauben an 350kv und 6S. Das scheidet für mich aber aus.

Eine Option wäre zumindest mittelfristig auch der Tausch der Motoren. Aber den Rahmen will ich so behalten, alles größere bekomme ich nicht ins Auto, ohne es zu zerlegen.

Grüße,
Christian
 

zerosight

Erfahrener Benutzer
#3
Effizienz sollte die aber wichtig sein. Das und das Gewicht sind der Schlüssel zu längerer Flugzeit. Ob 4s oder 3s richtig sind, würde ich erstmal auf einem Prüfstand nachmessen um verlässliche Aussagen treffen zu können. Prinzipiell ist es besser immer die höhere Spannung zu nehmen, gerade wenn so viel Strom fließt wie bei Dir. Außerdem regeln die Motoren bei höheren Spannungen schneller nach.
 

macrifice

Erfahrener Benutzer
#4
Ok, war blöd formuliert, so meinte ich das auch nicht. Ging darum, das ich im Endeffekt lieber ein Kilo mehr Gewicht drauf packe, wenn ich damit effektiv vielleicht auch nur 2-3 Minuten mehr Flugzeit bekomme, was ja nicht besonders ökonomisch wäre.

Wegen 4S erkundige ich mich gerade beim Hersteller, ob die Motoren an 4S auch mit 12Zoll Schrauben keine Probleme haben. Das ist leider nirgends angegeben und bei einem Kollegen sind die recht warm geworden. Wenn das ok geht, wechsele ich auf jeden Fall auf 4S.

Effizienz sollte die aber wichtig sein. Das und das Gewicht sind der Schlüssel zu längerer Flugzeit. Ob 4s oder 3s richtig sind, würde ich erstmal auf einem Prüfstand nachmessen um verlässliche Aussagen treffen zu können. Prinzipiell ist es besser immer die höhere Spannung zu nehmen, gerade wenn so viel Strom fließt wie bei Dir. Außerdem regeln die Motoren bei höheren Spannungen schneller nach.
 
#5
Es gab mal einen sehr informativen Artikel von Klaus-Peter Neitzke (Username Tumba) in der rcflightcontrol Ausgabe 3/2012. Dort hat der Kopterflieger und -entwickler (und jetzt Professor für Regelungstechnik ;)) den Zusammenhang zwischen Akkumasse und Flugzeit allgemeingültig untersucht, und zwar berechnet und dann praktisch erprobt. Die Kernaussage war sehr interessant: Immer vorausgesetzt, dass der Kopter die Akkumasse auch heben kann (richtige Antriebsauslegung), gibt es eine maximale Flugzeit, wenn die Akkumasse doppelt so schwer wie der Leerkopter ist. Diese wird auch nicht mehr länger, wenn man die Akkumasse erhöht.

Er zeigt in seiner Untersuchung anhand von Diagrammen aber auch folgendes: Ist der Akku gleich schwer wie der Leerkopter, erreicht man schon 92% der max. Flugzeit. Wenn man also auf diese letzen 8% verzichten kann, liegt man mit Akkumasse = Leermasse des Kopters nicht verkehrt.

Der Artikel ist sehr zu empfehlen, leider wohl nicht online verfügbar. Aber vielleicht hat der eine oder andere diese leider schon wieder gestorbene Zeitschrift noch zuhause.
 

macrifice

Erfahrener Benutzer
#6
Ok, dann wären das also grob 2kg für Akkus. Vorausgesetzt ich kann die Motoren an 12 Zoll mit 4S fliegen, käme ich (mit allen Optimierungen) auf vielleicht 4.5kg Abfluggewicht mit DSLR mit 9kg Schub (vermutlich eher 10-12). Da wären 3x 8000er ja dann schon einigermaßen richtig.
 

Altix

Erfahrener Benutzer
#7
Den Artikel von K.-P. Neitzke kann ich auch nur sehr empfehlen. Mein Sohn hat den im Rahmen seiner Facharbeit in Physik nachgearbeitet und ich war erstaunt, wir gut Theorie und Praxis übereinstimmen und auch wie reproduzierbar die Ergebnisse waren. Erstaunlich wenn man bedenkt, dass in dem Rechenmodell ja auch ein paar Annahmen und Vereinfachungen stecken.

Bei der Auslegung eines Kopters mittels des Modells gibt es allerding einen kleinen Haken, und das ist der Wirkungsgrad des Systems. Der wird in dem Modell mit 33% oder so angenommen. Bei unserem Modell war es so, dass er mit 3S sogar 39% hatte, mit 4S aber nur noch um die 30%. Das Ergebnis waren dann etwas gleiche Flugzeiten. Man muss also einmalig für das System den Wirkungsgrad bestimmen. Danach ist das Modell aber gut geeignet, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wieviel Akku Kapazität man denn sinnvoll zuladen kann (wobei das Steuer- und Flugverhalten mit steigender Masse in der Regel nicht besser wird).

Wie dem auch sei, der Artikel ist in jedem Fall absolut lesenswert.
 

Altix

Erfahrener Benutzer
#11
Vielleicht noch ein Nachtrag: so schön das Modell auch ist, es nicht geeignet um mal eben eine maximale Flugzeit zu berechnen. Das liegt nicht an dem Rechenmodell, sondern am Fluggerät.

Mit steigender Masse nimmt der Prozentwert der Regleröffnung zu, ab dem der Kopter abhebt. Das Rechenmodell liefert eine Flugzeit, die Regleröffnung spielt dabei aber keine Rolle. In der Praxis jedoch macht das keinen Sinn. Wenn du 80% und mehr Öffnung brauchst, um das Fluggerät in die Luft zu bekommen, dann kannst du selbst mit Kampfschweben die rechnerischen Zeiten kaum mehr erreichen, einfach weil du den Kopter magels Regelreserven kaum noch steuern kannst. Man muss dabei auch bedenken, dass Neitzke seine Experimente mit vergleichsweise kleinen, aber sehr leistungsfähigen Komponenten gemacht hat. Dadurch konnte er zahlreiche Messpunkte in einem größeren Massebereich aufnehmen. Aus der Erfahrung der Facharbeit kann ich sagen, dass ein vollbeladener Kopter, der theoretisch tolle Flugzeiten verspricht, nicht notwendigerweise auch wirklich gut fliegt. Bei uns reichten ein paar kräftige Böen, um uns zu einer Notlandung zu zwingen, ganz einfach, weil das System einfach keine Regelreserven mehr hatte und kaum abzufangen war.

Ein weiterer Punkt ist die Tatsache, dass mit steigender Masse die fließenden Ströme ansteigen, was das Modell zunächst einmal nicht berücksichtigt. Wir haben damals in der Facharbeit die Ströme mitgemessen und mussten weit vor dem Punkt "doppelte Akkumasse vom Leergewicht abbrechen". Die Motoren wurden einfach heiß und kamen in ihren Grenzbereich. Mehr Masse hätte zum Abbrauchen der Motoren geführt. Diesen Umstand führt Neitzke in seinem Artikel auch an. Wo genau dieser Punkt liegt, hängt natürlich von der ausgewählten Elektronik ab, aber er wird immer beliebig weit vom theoretischen Maximum entfernt sein.

Auch wenn ich jetzt sicher gleich wieder eines Besseren belehrt werde: aus dem Bauch heraus wirst du mit einem Standardsetup wie von dir beschrieben bei 3S umd 4S in der gut drei Kilo Klasse mit wirtschaftlichen Mitteln nicht wesentlich über 13-15 Minuten Flugzeit kommen (wenn überhaupt). Für deutlich längere Flugzeiten musst du vermutlich ganz andere Wege gehen. Wenn du im gegebenen Rahmen die Flugzeit optimieren willst, hilft nur Gewicht reduzieren. Keinen überflüssigen Schnickschnack wie Beleuchtung, Kabel nur so dick wie unbedingt nötig, Alu- oder Titanschrauben statt Edelstahl, leichten Controller (eine NanoWii spart gegenüber einem Naza einiges an Gewicht, man muss aber halt auch einigermaßen fliegen können), Akkus mit einem möglichst günstigen kJ/kg-Wert (Neitzke rechnet mit 444kJ/kg, was man häufig bei blauen Turnigys findet, das geht viel besser, wird dann aber auch richtig teuer).
 
#12
Hi,

auch wenn es dir erstmal egal ist, wie effizient das System ist... bedenke, dass für deine 2-3 min mehr Flugzeit gleich ein größerer Aufwand beim Laden und Transportieren der ganzen Akkus erforderlich ist. Gerade bei mehreren Akkus auf einem Kopter ist ein "Sonne kommt raus, ich geh mal fliegen" ja immer weniger möglich. Wenn du dann auch noch zwei Akkuladungen verfliegen möchtest, ist das noch schwerer.

Ich bin aus diesem Grund (und weil das Fliegen mit einem agilen Kopter mehr Spaß macht) wieder bei etwas kleineren Akkus. Wechseln geht schnell und wenn man spontan raus möchte, ist das in kurzer Zeit machbar. Übrigens hat bei mir der Wechsel von 3s auf 4s neben eine wesentlich besseren Performance am Quad die Flugzeit deutlich erhöht.

Gruß,
Subi
 

Alex84

Erfahrener Benutzer
#13
800mm Motorachsabstand...
da müssten aber locker auch noch 14er ggf. sogar 15er Props passen.

probier das mal aus!
Für maximal Flugzeiten würde ich die größten, gerade noch passenden Props empfehlen.
Bei einem 800er Setup sowieso 14er oder 15er Props, wenn das Ziel lange Flugzeit ist!
Damit schaffste bestimmt nochmal ca. 4-5min. mehr, da sich die erforderliche Drehzahl für den gleichen Schub reduziert und der Motor effizienter laufen kann, was das g-Schub pro Watt anbetrifft.

Schade, dass man keine tabelle über den Motor findet,
aber m.M.n. solltest du mit einem Gesamtabfluggewicht von ca. 3,5 - 4kg schon 20min, schaffen!

Alex
 
B

Benutzer1106

Gast
#14
Was für Carbonprobs verwendest du, da gibt es nämlich starke Unterschiede.
Als erste Maßnahme würde ich den 500g-Landegestellklotz wegmachen und gegen nen 6mm-Speckylander ersetzen..spart schon ma 300g
 

FerdinandK

Erfahrener Benutzer
#15
Das wichtigste ist, den Schalter im Kopf umlegen, dass Flugzeiten von 10min kein Dogma sind, alles ist möglich, der Rest kommt von allein. Zauberei gibt es aber auch nicht, wenn Du Frame nicht wechseln möchtest (Gewicht), die Propeller nicht wechseln möchtest (Effizienz), die Motoren nicht wechseln möchtest (passend zum Prop), den Akku nicht wechseln möchtest (Gewicht, Menge, Type), den Kabelbaum nicht angreifen möchtest, ... wird es eben immer schwieriger.

Gewicht reduzieren
Propeller maximieren,
Motoren optimieren,
Regler richtig dimensionieren,
Die Menge der Lipos kalkulieren,
Stomverteiler und Lötskulpturen eliminieren,
Flugstil adaptieren
Flugzeit zelebrieren.

lg Ferdl
 
Zuletzt bearbeitet:

Alex84

Erfahrener Benutzer
#16
@macrifice:

habe dir mal das ganze durchgerechnet in Ecalc:

http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm...on&proptwist=0&diameter=12&pitch=4.7&blades=2

da kann ich das ganze soweit nachvollziehen (gut, habe minimal andere Motoren, ggf. hast du effizientere/weniger effiziente Props etc) trotzdem kommt die Flugzeit schweben von ca. 11,5min ja scheinbar hin.

ohne weitere Zuladung liegst du schon bei 72% Regleröffnung zum Schweben!
da ist die Reserve ziemlich gering leider.

Ich habe hier nochmal ein ähnliche Setup durchgerechnet, nur andere Motoren und Propeller benutzt, schau es dir mal an:

http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm...on&proptwist=0&diameter=15&pitch=4.7&blades=2

da liegst du schon bei knapp 16min.

jetzt noch ein wenig abspecken (sagen wir mal 400Gramm gehen ohne Probleme)
dazu ein 4s Akku:

http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm...on&proptwist=0&diameter=14&pitch=4.7&blades=2

dann liegt man schon bei 21 min. also fast einer Verdopplung der Schwebezeit.

Alex
 

macrifice

Erfahrener Benutzer
#17
Auch wenn ich jetzt sicher gleich wieder eines Besseren belehrt werde:
Sicher nicht von mir :)

aus dem Bauch heraus wirst du mit einem Standardsetup wie von dir beschrieben bei 3S umd 4S in der gut drei Kilo Klasse mit wirtschaftlichen Mitteln nicht wesentlich über 13-15 Minuten Flugzeit kommen (wenn überhaupt). Für deutlich längere Flugzeiten musst du vermutlich ganz andere Wege gehen. Wenn du im gegebenen Rahmen die Flugzeit optimieren willst, hilft nur Gewicht reduzieren. Keinen überflüssigen Schnickschnack wie Beleuchtung, Kabel nur so dick wie unbedingt nötig, Alu- oder Titanschrauben statt Edelstahl, leichten Controller (eine NanoWii spart gegenüber einem Naza einiges an Gewicht, man muss aber halt auch einigermaßen fliegen können), Akkus mit einem möglichst günstigen kJ/kg-Wert (Neitzke rechnet mit 444kJ/kg, was man häufig bei blauen Turnigys findet, das geht viel besser, wird dann aber auch richtig teuer).
Ich denke, meine Ziele wurden hier nicht so ganz verstanden. Ich will nicht auf extrem lange Flugzeiten kommen, dann hätte ich ganz anders angesetzt. Ich möchte einfach nur das was ich habe, mit nicht zuviel Aufwand optimieren. Ziel sagen wir mal 13-14 Minuten mit einer DSLR drauf (also grob 4kg).

Da ich noch nicht viele Lipos habe und mir sicher noch 6-8 zulegen werde, muss ich zuerst mal das richtige Setup finden und entscheiden, ob 4S oder 3S. Bisher hab ich guten SLS gekauft, Kohle spielt nicht ganz so groß eine Rolle und ich kauf auch einen Akku für 100$ statt 50$, wenn ich signifikant mehr Flugzeit dadurch raushole wegen größerer Energiedichte. Wie vorher geschrieben kann ich mir auch durchaus vorstellen noch mal das Motor/Prop Setup generell zu ändern. Aber da das Teil gerade so schön fliegt, will ich erstmal alles andere optimieren, bevor ich größere Änderungen mache, wenn überhaupt

Also im ersten Schritt kommen nur folgende Dinge in Frage:
- Akkutyp 3s oder 4s festlegen
- Props ggf anpassen
- Gewicht sparen durch "carbonisierung" :)
- Akkukapazität festlegen

Und Danke für die ausführliche Antwort!

Viele Grüße,
Christian
 

macrifice

Erfahrener Benutzer
#18
Was für Carbonprobs verwendest du, da gibt es nämlich starke Unterschiede.
Als erste Maßnahme würde ich den 500g-Landegestellklotz wegmachen und gegen nen 6mm-Speckylander ersetzen..spart schon ma 300g
Sind die Props vom Spanier. Die hat er aber nicht mehr im Shop. Ich hab die auf der Motorwaage justiert.

Wie vorher geschrieben, mir geht es nicht darum jetzt alles neu zu konzipieren. Ich will einfach nur mehr mit dem was da ist rausholen, ausgenommen der Punkte im Post vorher. Landegestell wird auch "carbonisiert". Ich nehme an, durch Ersatz von einigen GFK Teilen durch CFK bekomme ich insgesamt vielleicht 300-400g weg.
 

FerdinandK

Erfahrener Benutzer
#19
Wenn Du 1,5mm GFK durch 1,5mm Carbon ersetzt wird (fast) kein Gewicht gespart, der Vorteil von Carbon ist, die viel höhere Festigkeit, dadurch ergibt sich ein viel geringerer Materialbedarf, das spart dann Gewicht.

lg Ferdl
 

macrifice

Erfahrener Benutzer
#20
Ich habe ja geschrieben was ich ändern möchte. Props, Ja. Akkus, Ja. Motoren, erstmal eher nicht, irgendwann mal, ja. Rahmen, nein. Stromverteiler wiegt vielleicht 20-30g inkl Lötzinn. Kabel sind sehr kurz (ESC zu Stromverteiler, 4cm). Lötskulpturen gibt es nicht. Es ist gewichtstechnisch so nichts weiter zu ändern, ausser Teile zu tauschen (GFK->CFK)

Das wichtigste ist, den Schalter im Kopf umlegen, dass Flugzeiten von 10min kein Dogma sind, alles ist möglich, der Rest kommt von allein. Zauberei gibt es aber auch nicht, wenn Du Frame nicht wechseln möchtest (Gewicht), die Propeller nicht wechseln möchtest (Effizienz), die Motoren nicht wechseln möchtest (passend zum Prop), den Akku nicht wechseln möchtest (Gewicht, Menge, Type), den Kabelbaum nicht angreifen möchtest, ... wird es eben immer schwieriger.
 
Status
Nicht offen für weitere Antworten.
FPV1

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